2021年新课标版物理选修3-4双基限时练5-外力作用下的振动.docx

双基限时练(五)　外力作用下的振动
1．随着电信业的进展，手机是常用的通信工具，当来电话时，它可以用振动来提示人们．振动原理很简洁：是一个微型电动机带动转轴上的叶片转动．当叶片转动后，手机就跟着振动起来．其中叶片的外形是图中的(　　)

　A B C D
解析　手机做受迫振动．
答案　A
2．(多选题)下列说法中正确的是(　　)
A．阻尼振动是减幅振动
B．实际的振动系统不行避开地要受到阻尼作用
C．阻尼振动的振幅渐渐减小，所以周期也渐渐减小
D．阻尼过大时，系统将不能发生振动
解析　阻尼振动即振动过程中受到阻力作用的振动，由于实际的运动在空气中要受到空气的阻力作用，因此不行避开地受到阻尼作用，即B选项正确；由于振幅是振动系统能量大小的标志，阻尼振动过程中由于要克服阻力做功，消耗系统的机械能，因此系统机械能减小，所以振幅要减小，则A选项正确；但是振动系统的周期与振幅无关，因此阻尼振动尽管是减幅振动，但其固有周期不变，当阻尼过大时由于合外力可能为零，将不能供应回复力，则振动系统将不能发生振动，此时振动系统的周期可看做无穷大，因此C选项不正确，D选项正确．
答案　ABD
3．(多选题)下列说法中正确的是　　(　　)
A．某物体做自由振动时，其振动频率与振幅无关
B．某物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关
C．某物体发生共振时的频率就是其自由振动的频率
D．某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动
解析　物体做自由振动时，振动频率为固有频率与振幅无关，故A对；物体做受迫振动时，振动频率总等于驱动力的频率，故B对；物体发生共振时，说明驱动力的频率等于物体的固有频率，故C对；物体发生共振时，同样会受到阻力作用而发生阻尼振动，故D错．
答案　ABC
4．A、B两个弹簧振子，A的固有频率为f，B的固有频率为4f，若它们均在频率为3f的驱动力作用下做受迫振动，则(　　)
A．振子A的振动幅度较大，振动频率为f
B．振子B的振动幅度较大，振动频率为3f
C．振子A的振动幅度较大，振动频率为3f
D．振子B的振动幅度较大，振动频率为4f
解析　做受迫振动的物体的频率等于驱动力的频率，物体的固有频率和驱动力的频率越接近的物体的振动幅度越大，故B选项正确．
答案　B
5．(多选题)一洗衣机脱水桶在正常工作时格外平稳，当切断电源后，发觉洗衣机先是振动越来越猛烈，然后振动再渐渐减弱，对这一现象，下列说法正确的是(　　)
A．正常工作时，洗衣机脱水桶运转的频率比洗衣机的固有频率大
B．正常工作时，洗衣机脱水桶的运转频率比洗衣机的固有频率小
C．正常工作时，洗衣机脱水桶的运转频率等于洗衣机的固有频率
D．当洗衣机振动最猛烈时，脱水桶的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率
解析　切断电源后脱水桶的转速越来越小，即脱水桶的运转频率越来越小，由题意，当洗衣机脱水桶正常工作时，格外稳定，可知，正常工作时频率大于洗衣机的固有频率，故A选项正确．当振动最猛烈时，洗衣机发生了共振，即D选项正确．
答案　AD
6．(多选题)如图所示为一个弹簧振子做受迫振动时振幅与驱动力频率之间的关系图象，由图可知(　　)

A．振子振动频率为f2时，它处于共振状态
B．驱动力频率为f3时，振子振动频率为f3
C．若撤去驱动力让振子做自由振动，频率是f3
D．振子做自由振动的频率可以为f1、f2、f3
解析　由题意可知，当驱动力的频率变化时，做受迫振动物体的振幅在变化，当驱动力频率为f2时，受迫振动的振幅最大，即发生共振现象，故A选项正确；做受迫振动的频率等于驱动力的频率，B选项正确．若撤去外力，物体自由振动其频率为其固有频率，即应为f2，故C、D选项错误．
答案　AB

7.如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图象，曲线上A、B两点连线与横轴平行，下列说法正确的是(　　)
A．振子在A时刻的动能等于B时刻的动能
B．振子在A时刻的势能大于B时刻的势能
C．振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能
D．振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能
解析　由于弹簧振子做阻尼振动，所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能，C错、D对；由于弹簧的弹性势能与弹簧的形变量(即位移)有关，振子在A时刻和B时刻的形变量相等，故势能相等，所以B错；通过上述分析振子在A时刻的动能大于B时刻的动能，A错．
答案　D

8. (多选题)如图为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，则下列说法正确的是(　　)
A．若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线
B．若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比lⅠ:lⅡ＝25:4
C．图线Ⅱ若是在地面上完成的，则该摆摆长约为1 m
D．若摆长均为1 m，则图线Ⅰ是在地面上完成的
解析　受迫振动的频率与固有频率无关，但当驱动力的频率与物体固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，所以，可以依据物体做受迫振动的共振曲线推断出物体的固有频率．依据单摆振动周期公式T＝2π ，可以得到单摆固有频率f＝＝ ，依据图象中f的信息可以推断摆长或重力加速度的变化状况．
答案　ABC

9．如图所示装置中，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．开头时不转动摇把，让振子上下自由振动，测得弹簧振子的振动频率是2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min.当振子稳定后，它的振动周期为(　　)
A. s　　　B. s C．2 s　　　D．4 s
解析　设摇把转速用n表示．转动摇把时通过曲轴对弹簧振子产生一周期性的驱动力，使弹簧振子做受迫振动，摇把转动的周期(即曲轴转动的周期)T＝ s＝ s.
弹簧振子做受迫振动的周期等于它受到的驱动力的周期
所以振子的振动周期是 s，答案是B.
答案　B

10．如图所示是用来测量各种发动机转速计的原理图：在一铁支架MN上焊有固有频率依次为80 Hz、60 Hz、40 Hz、20 Hz的四个钢片a、b、c、d，将M端与正在转动的电动机接触，发觉b钢片振幅最大，则电动机的转速为________．
解析　由于四个钢片在电动机周期性驱动力作用下做受迫振动，且当钢片的固有频率等于驱动力的频率时，发生共振，振幅最大．由题意可知，b振幅最大，则b处发生共振，此时电机供应的驱动力频率等于b的固有频率60 Hz，则电动机的转速为60 r/s.
答案　60 r/s

11．如图是探究单摆共振条件时得到的图象，它表示了振幅跟驱动力频率之间的关系，(取π2＝g)试分析：
(1)这个单摆的摆长是多少？
(2)假如摆长变长一些，画出来的图象的高峰将向哪个方向移动？
解析　(1)由图可知，单摆的固有频率为0.3 Hz
T＝＝2π ，解得摆长L＝ m.
(2)若摆长变长一些，由T＝2π知其周期变大，又由
f＝知，频率变小，图中最高峰对应的频率即为此频率，故向左移动．
答案　(1) m　(2)向左
12．秒摆摆球质量为0.2 kg，它振动到最大位移时距最低点的高度为0.4 cm，当它完成10次全振动回到最大位移处时，因有阻尼作用，距最低点的高度变为0.3 cm.假如每振动10次补充一次能量，使摆球回到原高度，那么1 min内总共应补给多少能量？(g取9.8 m/s2)
解析　每振动10次要补充的能量为ΔE＝mgΔh＝0.2×9.8×(0.4－0.3)×10－2J＝1.96×10－3J.
秒摆的周期为2 s,1 min内完成全振动的次数为30次，
则1 min内总共应补充的能量为E＝3ΔE＝5.88×10－3J.
答案　5.88×10－3J
13．汽车的重量一般支撑在固定于轴承上的若干弹簧上，弹簧的等效劲度系数k＝1.5×105 N/m，汽车开动时，在振幅较小的状况下，其上下自由振动的频率满足f＝ (L为车厢在平衡位置时弹簧的压缩长度)．若人体可以看成一个弹性体，其固有频率约为2 Hz，已知汽车的质量为600 kg，每个人的质量为70 kg，则这辆车乘坐几个人时，人感觉到最难过？(g取9.8 m/s2)
解析　人体固有频率为2 Hz，当汽车的振动频率与其相等时，人体与之发生共振，人感觉最难过．
即f＝ ＝f固，
所以L＝，
解得L＝0.062 1 m.
由胡克定律有kL＝(m1＋nm2)g，
得n＝＝＝5人
答案　5人